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1、模拟电子技术及应用,作者：赵玉玲,责任编辑：阮海潮 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-106 课件章数：7,第六章 功率放大器,6.1 功率放大器的特殊问题及任务 6.2 乙类双电源互补对称功率放大电路 （ ） 6.3 甲乙类互补对称功率放大电路 6.4 集成功率放大器及其典型应用 6.5 变压器耦合功率放大电路 6.6 功放管的散热问题, - 功率放大器的特殊问题及任务,特殊问题：,输出功率尽量大 效率要高 非线性失真要小 三极管的散热和保护, 乙类双电源互补对称功率放大电路（OCL）,- 电路结构, 和 分别是 和型三极管，信号从 两管的基极输入，并从两管的射极输出，R
2、 为负载。 这个电路实际上是由两个射极输出器组合而成的，电路中正、负电源对称，即V V ，要求两管特性也对称,- - 工作原理,动态时，当 u 为正半周时，两管的基极电位为正，故 导通（发射结处于正向偏置）， 截止。正电源通过 向负载R 提供正半周电流；当u 为负半周时，两管的基极电位为负，故 导通， 截止。负电源通过向负载R 提供负半周电流 虽然每个管子只工作半个周期，但负载R 上得到的却是完整的交流信号。 由于有信号时两管轮流导通，实现推挽工作方式，故称为互补对称功率放大电路，又称为无输出电容的功率放大电路，即电路。,- 分析计算,一、输出功率 或 U 、I分别是负载上正弦电压和电流的幅值
3、,二、直流电源提供的功率 可见输出功率最大时，两个直流电源也提供最大功率：,三、效率 输出功率与直流电源提供的功率之比称为功率放大器的效率,四、管耗 在功率放大器中，电源提供的功率，除了转换成输出功率外，其余部分主要消耗在晶体管上。 可以近似认为，两管的总管耗是直流电源供给的功率减去输出功率： 所以最大输出功率时的总管耗为：,因此，若想得到预期的最大输出功率，三极管有关参数的选择应满足以下条件： 每只管子的最大管耗 导通管饱和时，截止管承受的反压为 V ，所以三极管的反向击穿电压应满足B U V 三极管的最大集电极电流为V /R ，因此三极管的I V R ,例 -，有一 ,直流电源 V 24，
4、负载电阻 R ，忽略管子的饱和压降。 求电路的最大输出功率，最大输出功率时电源供给的总功率、效率和总管耗，并选择三极管。, - 甲乙类互补对称功率放大电路,- 消除交越失真的方法,由于没有直流偏置，因此当输入信号 u 低于三极管死区电压时，三极管实际上处于截止状态，I、I基本上为零，负载R 上无电流通过，使得输出波形不能良好地反映输入的变化，产生失真。 由于这种失真出现在波形正、负交越处，故称交越失真,为了消除交越失真，必须建立一定的直流偏置，偏置电压只要大于三极管的死区电压即可，即使 、 工作于微导通状态。,两个三极管 、 的基极之间加了两只二极管 、 ,利用 、 的直流压降为 、 提供大于
5、死区电压的静态偏置 静态时 、 都处于微导通状态，即、 静态时的集电极电流不为零（但很小），两管轮流导通时，交替得比较平滑，达到了消除交越失真的目的,例 - 如图 ，已知 、 的饱和压降为 ， 为理想运算放大器且输出电压足够大，u 为正弦输入信号电压。 试求： （）负载上所能得到的最大不失真功率； （）输出最大时的输入电压幅值 U 。,-单电源互补对称功率放大电路 （OTL ）,一、电路的组成及工作原理 在输入信号u 的正半周， 导通、 截止，得到输出电压的正半周，同时 C 被充电； 在输入信号u 的负半周， 导通、截止，已充电的电容通过负载R 放电，得到输出电压的负半周。,二、实用单电源互补
6、对称功放 三极管 组成典型的前置电压放大电路，用作推动级，它给输出级提供足够大的信号电压和信号电流。 三极管 和 组成互补对称输出级,由于推动级和功率放大级采用直接耦合，因此不能分级调整。 静态时，一般先将R P 调到最小位置，然后调整 R P 使U /V ，再调整 R P 使 、 工作在甲乙类状态，建立合适的I和I值，最后加入交流信号调节R P 使输出波形的失真在允许范围内为止 由于两级间的工作点互相牵连，因此需要反复耐心地调整。调试中千万不能将 R P 断开（即R P 不允许为带开关电位器），否则 基极电位升高， 基极电位变低，将使2 、3 电流变大而导致损坏。,例 -3-已知 V ，R
7、，C2000， 、 采用 DD4B,其P 10，I 1.5，B U 30，R R 0.5 。 试估算负载上得到的最大输出功率、输出最大功率时电源提供的功率、效率。,-复合互补对称功率放大电路,如果输出功率比较大，功率输出级的三极管就要 采用中功率或大功率管，为此，常用一对同型号的 大功率管和一对反型号的对称的小功率管组成一对 复合管以取代原互补对称管组成复合互补对称功率 放大电路，又称为准互补对称功率放大电路, 、 复合管为 型， 、 为一对反型号的小功率互补推动管， 、 为一对同型号的大功率管,复合互补对称电路实例, - 集成功率放大器及其典型应用,- - 双电源应用电路,TDA2040是一
8、种集成低频功率放大器,- - 单电源应用电路,一、音频功率放大器XG4102,二、SL34集成功率放大器 SL34是低电压集成音频功率放大器。该电路功耗低、失真小，工作电压为，负载为时，输出功率在300 以上。主要用于收音机及其他功率放大器,三、双音频功率放大器LM378 LM378双音频功率放大集成电路，主要应用于立体声放大器，它具有高阻抗差动输入级和全保护的输出级，使用非常方便,- BTL 电路及应用举例,OCL 和OTL 功率放大电路的效率都较高，但电源的利用率却不高，在负载上获得的最大输出电压分别为 V 和 /V 。 为了提高电源利用率，可采用 BTL即平衡型无输出变压器推挽电路，又称
9、桥式互补对称功率放大电路,假设各管性能相同，电路完全对称，则在静态时U U /V ，且没有电流流过负载 R ，u 在动态正半周时，、 管同时导通， 管截止，产生电流 i ，R 上获得正半周信号 负半周时，、 同时导通， 、 截止，产生 电流i ，R 上获得负半周信号。 两组电路的输入信 号为反相关系,理想情况下，u 的峰值电压为 U V ，负载上最大输出功率（平均值）为 由此可见，单电源桥式互补对称功率放大电路的输出电压为 电路的两倍，在同样负载下，输出功率则是 电路的四倍 电路虽然所用器件较多，但由于输出端与负载直接耦合，使频率响应展宽，故保真度提高，适宜集成化,一、由两片 XG4102接成
10、的 电路,二、XG7237 集成 功放,三、TDA7052集成 功放,四、VMOS 功率场效应管简介 管的频率特性好，驱动功率小，开关速度快，输入电阻大，具有负温度系数和优越的线性放大区 可用于高频开关电源、 和 等大电流容量接口、线性放大器、电机控制电路、微处理机终端设备等, - 变压器耦合功率放大电路,- - 最佳负载概念,利用功放管的放大区，V应尽量取得接近功放管 、 间的击穿电压，即选择VB U ，同时负 载电阻R 应使交流负载线位于功放管的功耗线P U i 以下并贴近功耗线，静态工作点Q 取在负载线的中点处 只要V和负载电阻R 选择适当，在输入信号幅值足够大的条件下，负载便可得到较大
11、的信号电压和电流，且失真较小。 我们把功放管的这种工作状态叫做“最佳”运行状态，而对应于这种工作状态的负载电阻称为“最佳负载电阻”,如 R 值偏大，尽管 V接近于 B U ，却只能得到较大的输出信号电压，而无法得到较大的输出信号电流够大的输出功率。 若R 值偏小，在三极管允许功耗的限制下，要想获得较大的信号电流，必须相应地将 V取值减小，则此时只能得到较大的输出信号电流，而不能得到较大的输出信号电压，这种情况也不能在负载上得到足够大的输出功率,- - 电路工作原理, 、 由两个同型号且特性相同的三极管组成。为减小交越失真，静态时利用基极偏置电阻 R、R使 、 两管具有较小的静态工作电流 II
12、，由于输出变压器 一次绕组两部分的绕向一致，匝数相等，而I和 I的流向相反，故绕组中IN IN ，即铁芯中无磁通，工作时不产生饱和现象。 静态时，i ，无功率输出,当有正弦信号电压u 输入时，通过输入变压器 将使 和 基极得到大小相等而极性相反的信号电压u和u 。 若在某一瞬时，u使 的基极对共同端为正，则u就使 的基极对共同端为负，于是 截止， 导通，这时，输出变压器 一次侧下半边绕组有电流i 流过，而上半边没有电流，i 同理，在输入信号的另一半周，情况恰好相反， 导通， 截止， 的一次侧上半边绕组有i 流过，而下半边绕组没有电流，i 。 这样 和 轮流导电，在一个周期的两个半周内，i 和i
13、 轮流通过的一次侧两半绕组，而且大小相等，相位相反，所以在 的二次侧将有一个接近正弦波的电流i 流过负载。, - 功放管的散热问题,- - 热阻,三极管的压降绝大部分都降在集电结上，它和流过集电结的电流造成集电极功率损耗，使管子产生热量。这个热量散发到外部空间去时要受到一定的阻力，这就是热阻 三极管的热阻用 为单位，表示每瓦耗散功率使管温升高的度数。 热阻小，表示管子散热能力强，在相同环境温度下，允许耗散功率P 就大；,主要通过散热片散热，散热的快慢取决于管壳与散热片的接触热阻和散热片与周围环境的热阻 设集电结到管壳的热阻为R，管壳与散热片之间的热阻为R，散热片与周围空气的热阻为R ，则总的热阻可近似为 R RRR,- - 散热的计算,半导体三极管的最大允许耗散功率 P，取决于总的热阻R、最高允许结温 t 和环境温度t。它们之间的关系为ttRP 说明，在一定的温升下，R 小（即散热能力强），三极管允许的耗散功率P 就大；另一方面，在一定的t 和R 的条件下，环境温度t 愈低，允许的P 愈大,谢谢,
